Как са подредени синхронните турбо и хидрогенератори?
В водноелектрическите централи генераторите се задвижват от водни турбини, които се въртят със скорости от 68 до 250 об / мин. В топлоелектрическите централи електрическата енергия се генерира от турбинни агрегати, състоящи се от парна турбина и турбинен генератор. За по-добро използване на енергията на пара, турбините са изградени като високоскоростни турбини със скорост на въртене 3000 об / мин. Топлинните централи се предлагат и в големи промишлени предприятия.
Алтернаторите са по -прости по дизайн и могат да бъдат изградени със значително по -голяма мощност от генераторите с постоянен ток.
Повечето синхронни машини използват обърнат дизайн в сравнение с DC машини, т.е. системата за възбуждане е разположена върху ротора, а намотката на котвата върху статора. Това се дължи на факта, че е по -лесно да се подаде относително слаб ток към намотката за възбуждане през плъзгащи се контакти, отколкото да се подаде ток към работната намотка. Магнитната система на синхронна машина е показана на фиг. 1.
Възбуждащите полюси на синхронната машина са разположени върху ротора. Полюсните сърцевини на електромагнитите са направени по същия начин, както в машините с постоянен ток. На неподвижната част — статора, има сърцевина 2, изградена от изолирани листове от електрическа стомана, в чиито канали има работеща намотка за променлив ток — обикновено трифазна.
Ориз. 1. Магнитна система на синхронна машина
Когато роторът се върти, в намотката на котвата се предизвиква променлива ЕДС, чиято честота е правопропорционална на скоростта на ротора. Променливият ток, протичащ през работната намотка, създава собствено магнитно поле. Роторът и полето на работната намотка се въртят със същата честота — синхронно… В моторния режим въртящото се работно поле носи със себе си магнитите на системата за възбуждане, а в режим на генератор, обратно.
Вижте тук за повече подробности: Предназначение и подреждане на синхронни машини
Обмисли проектиране на най -мощните машини — турбо и хидрогенератори… Турбинните генератори се задвижват от парни турбини, които са най -икономични при високи скорости. Следователно турбинните генератори са направени с минимален брой полюси на системата за възбуждане — два, което съответства на максимална скорост на въртене от 3000 об / мин при промишлена честота 50 Hz.
Основният проблем на турбогенераторното инженерство е създаването на надеждна машина с граничните стойности на електрически, магнитни, механични и термични натоварвания. Тези изисквания оставят отпечатък върху целия дизайн на машината (фиг. 2).
Ориз. 2. Общ изглед на турбинния генератор: 1 — плъзгащи пръстени и четка апарат, 2 — лагер, 3 — ротор, 4 — роторна лента, 5 — намотка на статора, 6 — статор, 7 — намотки на статора, 8 — вентилатор.
Роторът на турбинен генератор е направен под формата на плътно коване с диаметър до 1,25 м, дължина до 7 м (работна част). Общата дължина на коването, като се вземе предвид валът, е 12 — 15 м. На работната част се фрезоват канали, в които се поставя възбуждащата намотка. Така се получава цилиндричен биполярен електромагнит без ясно изразени полюси.
При производството на турбинни генератори се използват най -новите материали и конструктивни решения, по -специално директно охлаждане на активните части чрез струи на охлаждащ агент — водород или течност.За да се получи висока мощност, е необходимо да се увеличи дължината на машината, което й придава много особен вид.
Хидрогенераторите (фиг. 3) се различават значително по конструкция от турбинните генератори. Ефективността на работата на хидравличната турбина зависи от скоростта на водния поток, т.е. напора. Невъзможно е да се създаде високо налягане върху равнинни реки, поради което скоростите на въртене на турбината са много ниски — от десетки до стотици обороти в минута.
За да се получи промишлена честота от 50 Hz, такива нискоскоростни машини трябва да бъдат направени с голям брой полюси. За да се настанят голям брой стълбове, е необходимо да се увеличи диаметърът на ротора на хидрогенератора, понякога до 10-11 m.
Ориз. 3. Надлъжно сечение на хидрогенератор от чадър: 1 — главина на ротора, 2 — джанта на ротора, 3 — полюс на ротора, 4 — сърцевина на статора, 5 — намотка на статора, 6 — напречна греда, 7 — спирачка, 8 — упорен лагер, 9 — втулка на ротора.
Изграждането на мощни турбо и хидрогенератори е инженерно предизвикателство. Необходимо е да се решат редица въпроси на механичните, електромагнитните, термичните и вентилационните изчисления и да се осигури технологичността на конструкцията в производството. Само мощни дизайнерски и производствени екипи и фирми могат да се справят с тези задачи.
Структурите от различен тип са много интересни. синхронни микромашини, в които широко се използват системи с постоянни магнити и реактивни системи, т.е. системи, в които работното магнитно поле взаимодейства не с магнитното поле на възбуждане, а с феромагнитните стърчащи полюси на ротора, които нямат намотка.
И все пак основната технологична област, където синхронните машини нямат конкуренти днес, е енергията. Всички генератори в електроцентрали, от най -мощните до мобилните, са базирани на синхронни машини.
Що се отнася до синхронни двигатели, тогава тяхното слабо място е проблемът при стартиране. Сам по себе си синхронният двигател обикновено не може да ускори. За да направите това, той е снабден със специална стартова намотка, работеща на принципа на асинхронна машина, което усложнява дизайна и самия процес на стартиране. Следователно синхронните двигатели обикновено се предлагат със средни до високи мощности.
Фигурата по -долу показва конструкцията на турбинен генератор.
Роторът 1 на генератора е изработен от стоманено коване, в което се фрезоват канали за възбуждащата намотка, задвижвани от специална DC машина 10, наречена възбудител. Токът към намотката на ротора се подава чрез плъзгащи пръстени, затворени от корпуса 9, проводниците на намотката на ротора са свързани с тях.
При завъртане pОторът произвежда голяма центробежна сила. В каналите на ротора намотката се задържа от метални клинове, а стоманените задържащи пръстени 7 се притискат към челните части.
Статорът е сглобен от щамповани листове 2 от специална електрическа стомана, които са подсилени в рамка 3, заварена от стоманена ламарина. Всеки статорен лист се състои от няколко части, наречени сегменти, които са фиксирани с 4 болта.
В каналите на статора е положена намотка 6, в проводниците на която при въртене на ротора се предизвикват електродвижещи сили. Електродвижещите сили на последователно свързаните намотъчни проводници се увеличават и на клемите 12 се генерира напрежение от няколко хиляди волта. При протичане на токове между намотаващите проводници се създават големи сили. Следователно челните части на намотката на статора са свързани с пръстени 5.
Роторът се върти в лагери 8. Между лагера и основната плоча е положена изолация за прекъсване на веригата, чрез която лагерните токове могат да бъдат затворени. Вторият лагер е направен заедно с парна турбина.
За охлаждане на генератора статорът е разделен на отделни пакети, между които са разположени вентилационни канали. Въздухът се задвижва от вентилатори 11, монтирани на ротора.
За да се охладят мощни генератори, е необходимо да се прокара огромно количество въздух през тях, достигайки десетки кубически метри в секунда.
Ако охлаждащият въздух бъде взет от помещенията на станцията, тогава при наличието на най -незначителните количества прах (няколко милиграма на кубичен метър) в него, генераторът ще бъде замърсен с прах за кратко време. Следователно турбинните генератори са изградени със затворена вентилационна система.
Въздухът, който се нагрява при преминаване през вентилационните канали на генератора, постъпва в специални въздушни охладители, разположени под корпуса на турбинния генератор.
Там нагрятият въздух преминава между оребрените тръби на въздушния охладител, през който тече вода, и се охлажда. След това въздухът се връща обратно към вентилаторите, които го задвижват през вентилационните канали. По този начин генераторът се охлажда непрекъснато със същия въздух и прахът не може да влезе във вътрешността на генератора.
Скоростта по обиколката на ротора на турбинен генератор надвишава 150 m / s. При тази скорост се изразходва голямо количество енергия за триене на ротора във въздуха. Така например в турбинен генератор с мощност 50 000 kWVt загубите на енергия поради триене във въздуха са 53% от сумата на всички загуби.
За да се намалят тези загуби, вътрешното пространство на мощните турбинни генератори е изпълнено не с въздух, а с водород. Водородът е 14 пъти по -лек от въздуха, тоест има подобно по -ниска плътност, поради което загубите от триене на ротора са значително намалени.
За да се предотврати експлозия на кислороден водород, образуван от смес от водород и кислород във въздуха, вътре в генератора се задава по -високо налягане от атмосферното. Следователно атмосферният кислород не може да проникне в генератора.
3D модел на генератор на парна турбина:
Образователна лента, създадена от фабриката за учебни пособия през 1965 г .:
Синхронни генератори
